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Schaltungsanordnung für die selbsttätige Frequenzeinrastung eines spannungsgesteuerten Lokal-Oszillators in einem Überlagerungsempfänger
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für die selbsttätige Frequenzeinrastung eines span- nungsgesteuerten Oszillators. der als Lokal-Oszillator in einem Überlagerungsempfänger, insbesonders zum
Empfang hochfrequenter Impulse, verwendet ist. Für diese Frequenzeinrastung wird die frequenzregelnde
Steuerspannung mit einem Sägezahnoszillator so lange periodisch verändert, bis die Frequenz des umge- setzten Empfangssignals in den Durchlassbereich des Zwischenfrequenzverstärkers zu liegen kommt und damit in einem Frequenz-Diskriminator eine Regelspannung für die Frequenzregelung erzeugt.
Die selbsttätigeFrequenzeinrastung arbeitet mit einer periodisch veränderlichen Steuerspannung, die die Frequenz des Lokal-Oszillators schiebt, bis in unmittelbarer Nähe der Sollfrequenz des Lokal-Oszillators ein Empfangssignal durch den Zwischenfrequenzverstärker auf den Frequenz-Diskriminator geleitet wird. Im Frequenz-Diskriminator wird entsprechend dem Frequenzunterschied zwischen der Mittelfre- quenz des Frequenz-Diskriminators und der tatsächlichen Zwischenfrequenz eine Spannung erzeugt, die als Regelspannung für die Frequenzregelung des Lokal-Oszillators verwendbar ist.
Durch den Umstand, dass die Regelspannung des Frequenz-Diskriminators erst nach einigen Impulsperioden den notwendigen Pegel erreichen kann, darf die veränderliche Steuerspannung nach Erreichen des Wertes, der die Frequenz des Lokal-Oszillators in unmittelbare Nähe der Sollfrequenz schiebt, nur langsam absinken.
Sobald ein Signal durch den Zwischenfrequenzverstärker geleitet wird, muss der momentane Wert der Steuerspannung beibehalten werden, bis die Regelspannung für die Frequenzregelung aufgebaut ist. Die Dauer der Aufrechterhaltung ändert sich je nach dem Regelsystem.
Die Anstiegszeit der veränderlichen Steuerspannung sollte relativ gross sein, damit die im Regelkreis liegenden Schaltungen der Spannungsänderung nachfolgen können und nicht infolge der Zeitkonstanten einen grossen Spannungsunterschied gegenüber der Steuerspannung aufweisen. Den dazu günstigen Spannungsverlauf zeigt die Sägezahnspannung.
Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung gestattet mit geringem Aufwand unter Verwendung von Halbleiterelementen die Erzeugung einer langsam ansteigenden Sägezahnspannung, von der ein beliebiger Spannungswert während einer Dauer, die mindestens zehnmal so gross wie die Anstiegszeit ist, gehalten werden kann.
Dies wurde dadurch erreicht, dass ein mit einer Vierschichtdiode versehener Sägezahngenerator vorgesehen ist, wobei die Vierschichtdiode über einen, ersten Schalttransistor auf eine Speisespannungsquelle geführt ist und dass die Steuerung des ersten Schalttransistors über einen zweiten Schalttransistor in Emittergrundschaltung erfolgt, der seinerseits durch das Auftreten eines demodulierten Empfangssignals am Steuereingang leitend geschaltet wird, und damit den ersten Schalttransistor sperrt, wodurch der Sägezahngenerator von der Speisespannungsquelle getrennt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei zeigen Fig. l das Blockschema des Hochfrequenzteiles eines Radargerätes und Fig. 2 das Schaltungsschema des Sägezahngeneratcrs und dessen Steuerung.
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rüstet, die während der Sendeperiode den Durchgang von Sendeenergie in den Empfänger verhindert. Der
Empfangsweg führt von der Antenne 3 über den Sende-Empfangs-Schalter 2 auf die Mischstufe 5.
Der Mischstufe 5 werden Schwingungen aus dem Lokal-Oszillator 4 zur Umsetzung der Trägerfre- quenz zugeführt. Diese neue Trägerschwingung wird im Zwischenfrequenzverstärker 6 verstärkt. im
Demodulator 9 wird die Trägerwelle demoduliert. Die demodulierten Echosignale werden dem Säge- zahnoszillator 10 zur Steuerung der Oszillatorfrequenz zugeführt.
Nach dem Zwischenfrequenzver- stärker 6 wird eine Teilspannung abgezweigt und einenrFrequenzdiskriminator 7 zugeführt, der, so- bald das zwischenfrequente Signal in seinen Fangbereich zu liegen kommt, in bekannter Weise eineFeh- lerspannung abgibt, die ein Mass für die notwendige Korrektur der Frequenz des Lokal-Oszillators 4 ist.
Diese Fehlerspannung wird in einem Regelverstärker 8 verstärkt und ebenfalls dem Lokal-Oszillator 4 zugeführt.
Die Funktionsweise dieser Schaltungsanordnung ist bekannt. Nach dem Einschalten des Radargerätes werden impulsmodulierte Schwingungen von der Antenne 3 abgestrahlt, die durch ein Objekt reflets- tiert werden. Die empfangenen Echoimpulse werden in der Mischstufe 5 mit den Schwingungen aus dem Lokal-Oszillator 4 gemischt. Der Lokal-Oszillator 4 ist beispielsweise ein Reflex-Klystron. Gleich- zeitig mit dem Einschalten des Senders wird auch der Sägezahnoszillator 10 in Betrieb gesetzt.
Mit der Sägezahnspannung wird die Reflektorspannung des Reflex-Klystrons dauernd geändert. Sobald die Oszillatorfrequenz einen Wert erreicht, bei dem das zwischenfrequente Signal in den durch die Bandbreite des Zwischenfrequenzverstärkers 6 bestimmten Fangbereich des Frequenzdiskriminators 7 zu liegen kommt, wird im Demodulator 9 der Echoimpuls gewonnen. Mit diesem Impuls wird der Sägezahnoszillator 10 abgeschaltet. Im Frequenz-Diskriminator'7 wird nun die Regelspannung aufgebaut, u. zw-. steigt die Regelspannung entsprechend dem Absinken der Spannung am Sägezahnoszillator 10 infolge der Entladung des Sägezahnoszillator-Kondensators.
Der Sägezahnoszillator nach Fig. 2 wird. durch eine Vierschichtdiode Gl, einen Widerstand R1 und einen Kondensator Cl gebildet. Zwischen der Kathode der Vierschichtdiode Gl und dem Widerstand R1 liegt die Emitter-Kollektor-Strecke eines PNP-Schalttransistors Tl, dessen Basis über einen Widerstand R2 auf die negative Spannungsquelle-U geführt ist. Der Kollektor eines zweiten Schalttransistors T2 ist ebenfalls auf die Basis des Schalttransistors Tl geführt. Der Emitter dieses Schalttransistors T2 ist direkt mit der Masse verbunden. Die Basis ist über einen Widerstand R4 ebenfalls mit Masse verbunden.
DieEinspeisung desEchoimpulses aus dem Demodulator 9 erfolgt über die Anschlüsse E1 und E2.
Mit einem Transformator Tr wird der Sägezahngenerator galvanisch vom Demodulator 9 getrennt.
Die Sekundärwicklung ist mit einemAnschluss auf Masse geführt. Der andere Anschluss speist die Kathode einer Diode G2. Zwischen dem Anodenanschluss dieser Diode G2 und Masse liegt ein Kondensator C2.
Die Auskopplung der Sägezannspannung erfolgt über einen Kondensator C3 auf den Anschluss A.
Wird nun das Radargerät eingeschaltet, so ist der Schalttransistor T2 gesperrt : damit leitet der.
Schalttransistor Tl. Der Kondensator Cl wird über den Widerstand R1 geladen. Das Potential an der Kathode der Vierschichtdiode Gl wird entsprechend der Ladekurve des Kondensators CI negativer. Sobald die Ansprechspannung der Vierschichtdiode Gl erreicht ist, wird sie leitend. Über den Widerstand R5 entlädt sich nun der Kondensator Cl, bis der Haltestrom die Vierschichtdiode Gl nicht mehr im leitenden Zustand zu halten vermag. Damit sperrt die Vierschichtdiode Gl und der Kondensator Cl wird wieder geladen.
Beim Eintreffen eines Impulses an den Eingängen El und E2 wird dieser über die Diode G2 auf den Kondensator C2 gebracht. Damit wird dns Potential an der Basis des Transistors T2 negativer und der Transistor T2 leitet. Der leitende Zustand wird durch den geladenen Kondensator C2 während der Impulspausen aufrecht erhalten, wobei der Widerstand R3 eine Entladung des Kondensators über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors T2 verlangsamt. An die Basis des Transistors Tl ge-
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Der Ladestrom für den Kondensator Cl wird durch den gesperrten Transistor Tl unterbrochen. Die Vierschichtdiode Gl hat bekanntlich einen sehr hohen Sperrwiderstand, so dass sich der Kondensator Cl nur sehr langsam darüber entladen kann. Die Auskopplung erfolgt über den Kondensator C3.
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R auf den Ausgang A.
Die Wirkungsweise dieser selbsttätigen Frequenzeinrastung ist die folgende : Wenn kein Empfangssignal auf den Demodulator 9 gelangt, schwingt der Sägezahnoszillator 10. Die Sägezahnspannung wird auf den Lokal-Oszillator 4 geführt, dessen Resonanzfrequenz sich entsprechend der Sägezahnspannung ändert. Damit wird die Frequenz des umgesetzten Empfangssignals im Zwischenfrequenzverstärker geändert. Sobald die Zwischenfrequenz in den Durchlassbereich des Zwischenfrequenzverstarkers zu liegen kommt, wird das Empfangssignal im Demodulator 9 demoduliert und schaltet den Sägezahnoszillator ab. Die momentane Sägezahnspannung bleibt bestehen.
Das zwischenfrequente Empfangssignal gelangt daneben noch in den Frequenz - Diskriminator 7.
Entsprechend der Frequenzabweichung von der Mittelfrequenz wird eine Spannung erzeugt, die über den Regelverstärker 8 dem Anschluss R zugeführt und zu der Sägezahnspannung am Ausgang A addiert wird. Damit schwingt der Lokal-Oszillator auf der Sollfrequenz. Zugleich wird die Ladung überdem Kondensator C3 über den Widerstand R6 abgebaut. Die dadurch entstehende Frequenzverschiebung des Lokal-Oszillators 4 wird sogleich durch ein Fehlersignal des Frequenz-Diskriminators 7 korrigiert. Sobald die Spannung über dem Kondensator C3 vollständig abgebaut ist, ist auch über dem Ladekondensator Cl des Sägezahnoszillators keine Spannung : nehr vorhanden. Die Regelspannung hat nun den Wert, der zur Konstanthaltung der Sollfrequenz des LoKal-Oszillators benötigt wird.
DieBemessung derZeitkonstanten, gebildet mit den Gliedern C3 und R6 muss derart sein, dass der Regelkreis die notwendige Regelspannung aufbauen kann. Bei einer Reflektorspannung in einem KlystronOszillator von etwa 50 V sollte die Zeitkonstante für die Entladung des Kondensators C3 etwa 7 sec sein.
Während in der beschriebenen Schaltungsanordnung gemäss Fig. l die Frequenz des Lokal-Oszillators 4 mit der Empfangsfrequenz abgestimmt wird, ist es ebenso gut möglich, mit derselben Schaltungsanordnung die Oszillatorfrequenz mit der Senderfrequenz abzustimmen, nur ist in diesem Falle darauf zu achten, dass keine Empfangsschwingungen auf die Mischstufe 5 gelangen können. Diese Anordnung benötigt bekanntlich eine zweite Mischstufe für den Empfangsweg.